방정식 시계

Equation clock
독일제, 1591년

방정식 시계는 해시계가 보여주는 것처럼 사용자가 태양 시간을 읽거나 계산할 수 있도록 시간의 방정식을 시뮬레이션하는 메커니즘을 포함하는 기계식 시계다. 진자에 의해 조종되는 최초의 정확한 시계는 1657년 크리스티아안 후이겐스에 의해 특허를 받았다. 그 후 수십 년 동안, 사람들은 여전히 해시계를 사용하는 것에 익숙했고, 태양 시간을 찾기 위해 시계를 사용할 수 있기를 원했다. 방정식 시계는 이러한 필요를 채우기 위해 발명되었다.

초기 방정식 시계에는 다이얼이나 스케일에 시간의 방정식을 보여주기 위해 움직이는 포인터가 있다. 시계 자체는 일정한 속도로 달린다. 사용자는 시계 판독에 시간 방정식을 더하여 태양 시간을 계산한다. 18세기에 만들어진 후기 방정식 시계는 자동으로 보정을 수행하므로 시계는 태양 시간을 직접 보여준다. 그들 중 일부는 종종 "시계 시간"이라고 불리는 평균 시간을 보여주기도 한다.

시간 방정식의 연간 변동. 축 위에서는 해시계(태양) 시간이 시계(평균) 시간보다 앞섰고, 그 반대도 마찬가지다.

시뮬레이션 메커니즘

모든 방정식 시계에는 시간의 방정식을 시뮬레이션하는 메커니즘이 포함되어 있어 레버가 움직이거나 샤프트가 회전하는 방식으로 해가 진행됨에 따라 시간의 방정식의 변동을 나타낸다. 자주 사용되는 두 가지 유형의 메커니즘이 있다.

캠 및 레버 메커니즘

이러한 유형의 메커니즘에서 샤프트는 시계에 의해 구동되므로 1년에 한 번 일정한 속도로 회전한다. 샤프트는 캠을 운반하는데, 캠의 반지름은 본질적으로 시간 방정식의 연간 변동을 그래프로 나타내도록 대략 "키드니 모양"이다. 추종자와 레버는 캠에 기대어 놓아서 캠이 회전할 때 레버가 시간의 변화하는 방정식을 나타내는 방식으로 움직인다. 이 레버는 시계의 다른 부품들을 구동한다.

더블 샤프트 메커니즘

가까운 근사치에 따르면 시간의 방정식은 1년의 기간과 6개월의 기간으로 두 사인파의 합으로 나타낼 수 있으며, 상대적인 위상은 매우 느리게 변화한다(마지막으로 1세기 동안 눈에 띈다). 자세한 내용은 시간 방정식의 설명을 참조하십시오.

이중 샤프트 메커니즘은 일정한 속도로 회전하는 두 개의 샤프트를 가지고 있다. 하나는 일년에 한 번 회전하고 다른 하나는 일년에 두 번 회전한다. 두 개의 샤프트에 부착된 크랭크나 핀은 결합 레버의 양끝(때로는 휘플릿리라고도 함)을 정현상으로 이동시킨다. 치수가 올바르게 선택되면 로드의 중간점이 시간의 방정식을 시뮬레이션하는 방식으로 이동한다.

방정식 클럭의 종류

방정식 시계를 만들어 사용하는 기간 동안 모든 시계는 손으로 만들었다. 딱히 닮은 두 사람은 없다. 많은 방정식 시계들은 또한 달의 위상이나 일출과 일몰 시간의 표시와 같은 다른 특징들을 가지고 있다. 그러한 덧셈은 제쳐두고 시계가 기능하는 방법은 네 가지다. 다음 단락은 개별 시계에 대한 상세한 설명이 아니라 이 네 가지 다른 유형의 방정식 시계의 일반적인 원리를 그림으로 나타낸 것이다. 특정 시계의 기본 동작은 이와 유사하지만 디테일은 다양하다. 박물관에 여전히 존재하는 다양한 방정식 시계의 그림과 설명은 아래에 열거된 외부 링크를 통해 접속할 수 있다.

태양 시간 디스플레이가 없는 시계

많은 방정식 시계들, 특히 초기 방정식 시계들은 평균 시간을 보여주는 정상적인 시계 메커니즘을 가지고 있고, 또한 시간의 방정식을 보여주는 디스플레이를 가지고 있다. 시간 시뮬레이션 메커니즘의 방정식이 이 디스플레이의 포인터를 구동한다. 사용자는 태양 시간을 계산하기 위해 시계 시간 방정식을 추가해야 한다.

태양 시간을 직접 표시하는 시계

18세기에 만들어진 대부분의 후기 방정식 시계는 태양 시간을 직접적으로 나타낸다. 그들 중 다수는 또한 평균 시간과 시간의 방정식을 나타내지만, 사용자는 덧셈을 할 필요가 없다. 다음과 같은 세 가지 유형이 존재한다.

미세한 표시가 있는 시계

시계들은 손과 같은 축을 회전할 수 있는 원형 판에 미세한 표시가 있는 상태로 제작되었다. 축은 접시 중앙에 있는 구멍을 통과하고, 손은 접시 앞에 있다. 시계에 의해 보여지는 시간의 분 부분은 판 위의 표시에 상대적인 분 손의 위치에 의해 주어진다. 손은 시계 메커니즘에 의해 일정한 속도로 시계방향으로 구동되며, 판은 시간의 방정식을 시뮬레이션하는 메커니즘에 의해 회전하고, 시간의 방정식이 증가함에 따라 반시계방향으로 회전하며, 그것이 감소하면 시계방향으로 회전한다. 기어비가 맞으면 시계에 일조 시간이 표시된다. 평균 시간은 또한 플레이트 가장자리 바깥의 다이얼에 있는 별도의 정지된 분 표시 세트로 표시될 수 있다. 시간 표시는 시간 방정식에 맞게 조정되지 않으므로 시간 표시는 약간 근사하다. 이것은 어느 시간이 정확한지 항상 쉽게 알 수 있기 때문에 실질적인 효과는 없다. 이 시계들은 아래에 설명된 다른 종류들보다 기계적으로 간단하지만 단점이 있다. 태양시계는 미세한 표식을 자세히 보지 않고는 읽기 어렵고, 태양시계를 때리도록 시계가 만들어질 수 없다.

가변 펜둘라가 있는 시계

이 시계들은 진자 상단에 유효 길이를 약간 바꾸는 장치를 포함하고 있기 때문에 시계의 속도는 다양하다. 이 장치는 실제 값이 아니라 시간의 방정식의 변화 속도를 시뮬레이션하기 위해 움직이는 시뮬레이션 메커니즘에 의해 구동된다. 예를 들어, 시간의 방정식이 감소하여 해시계가 평소보다 느리게 달리는 12월과 1월 동안, 이 메커니즘은 진자를 효과적으로 평소보다 더 길게 만들기 때문에 시계는 더 느리게 달리고 해시계의 시간과 보조를 맞춘다. 일 년 중 다른 때에는 진자가 짧아져서 시계가 다시 해시계의 시간과 보조를 맞추면서 더 빨리 달린다. 이러한 유형의 메커니즘은 태양 시간만 보여준다. 그것을 사용하는 시계는 그것의 진자를 가진 별도의 시계 메커니즘이 포함되지 않는 한 평균 시간을 나타내도록 쉽게 만들어질 수 없다. 이 작업을 수행하는 일부 방정식 클럭이 있지만, 펜둘라 사이의 결합을 피하기 위해 클럭 케이스가 매우 견고해야 한다. 가변 진자 시계의 또 다른 단점은 시간의 방정식을 쉽게 표시할 수 없다는 것이다.

기계적인 덧셈을 하는 시계

일부 후기 방정식 클럭에서는 진자가 일정한 주파수로 회전하여 정상적인 클럭 메커니즘을 제어한다. 종종 이 메커니즘은 평균(시계) 시간을 보여주는 디스플레이를 구동한다. 단, 위에 기술한 시간 시뮬레이션 메커니즘의 방정식, 클럭 타임의 시간 방정식을 자동으로 추가하고 태양 시간을 보여주는 디스플레이를 구동하는 장치 등 추가 구성요소가 있다. 추가는 차동 기어를 사용하여 아날로그 방식으로 이루어진다.[1] 이런 유형의 방정식 시계 메커니즘은 가장 다재다능하다. 태양과 평균 시간 모두 시간의 방정식처럼 쉽고 명확하게 표시할 수 있다. 두 종류의 시간 안에 시간을 맞추는 것도 쉽게 할 수 있다. 1720년 그것의 발명 이후,[2] 이 메커니즘은 표준 메커니즘이 되었고, 방정식 시계에 대한 수요가 멈출 때까지 18세기 대부분 동안 사용되었다.

시간 방정식의 느린 변화

지구의 움직임의 느린 변화는 시간 방정식의 연간 변동에 점진적인 변화를 일으킨다.[3] 이 글의 맨 위에 있는 그래프는 2000년경 현재와 같은 연간 변동을 보여준다. 과거 또는 미래의 수세기 동안 그래프의 모양은 매우 다를 것이다. 대부분의 방정식 시계는 약 3세기 전에 만들어졌는데, 그 때부터 시간 방정식의 연간 변동의 변화는 작지만 주목할 만했다. 그 시계는 제작 당시와 같은 연간 변화를 상징한다. 당시 알려지지 않았던 느린 변화를 보상하지 않기 때문에 지금은 새로운 때보다 정확도가 약간 떨어진다. 이 원인에 의한 가장 큰 오차는 현재 약 1분이다. 수 세기 후, 만약 이 시계들이 살아남는다면, 그 오류는 더 커질 것이다.

유사한 현대적 장치

이처럼 방정식 시계는 더 이상 널리 사용되지 않는다. 그러나 방정식 시계와 기능적으로 동일한 구성요소는 여전히 태양 추적기에 사용되며, 예를 들어 태양 추적기는 하늘에서 태양의 움직임을 따라 움직인다. 그들 중 다수는 태양의 위치를 감지하지 못한다. 대신 그들은 태양에 상대적인 지구의 자전속도의 평균 속도에 맞추어 시간당 15도의 일정한 속도로 극축 주위를 회전하는 메커니즘을 가지고 있다. 때때로 구성요소의 물리적 회전보다는 이 회전의 디지털 표현이 생성된다. 그리고 나서 시간의 방정식은 이 일정한 회전에 추가되어 태양의 겉보기 운동과 보조를 맞추는 추적기의 회전을 생성한다. 일반적으로 이 기계들은 역사적인 방정식 시계에 사용되었던 기계 장치 대신 전자제품과 컴퓨터를 포함하는 현대 기술을 사용하지만 기능은 같다.

참고 항목

참조 및 각주

  1. ^ 차동이란 세 개의 샤프트(또는 체인 또는 유사한 형태 또는 어떤 조합)에 의해 외부 세계에 연결되는 기어의 조립체다. 기어는 한 축의 회전 속도가 다른 두 축의 회전 속도의 합에 비례하도록 한다. 미분자는 여러 가지 용도가 있다. 요즘은 거의 모든 자동차에서 차량이 회전할 때 두 개의 구동 휠이 다른 속도로 회전할 수 있도록 하기 위해 사용된다. 엔진 속도는 휠 속도의 합계에 비례한다.
  2. ^ 덧셈을 위해 미분을 사용한 것으로 알려진 최초의 방정식 시계는 1720년 조셉 윌리엄슨이 만들었다. 이 시계는 이전의 시계가 가정된 것이기는 하지만, 확실히 어느 곳에서나 디퍼렌셜을 사용한 것으로 알려진 최초의 장치다.
  3. ^ Karney, Kevin. "Variation in the Equation of Time" (PDF).

외부 링크

참고: 이러한 역사적 자료들 중 일부에서 시계 시간은 "평등한 시간"이라고 하며, 해시계는 "상당한 시간" 또는 "진정한 태양 시간"이라고 불린다.